海上风电场汇集升压站的选址方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于海上风电场技术领域，尤其涉及一种海上风电场汇集升压站的选址 方法。
【背景技术】
[0002] 风力资源逐步成为除水力发电W外最成熟、最现实的一种可再生能源。相对于陆 上风电场，海上风力发电有其独特的优势；风资源状况较优，海上风电场占陆地面积小，发 电情况基本不受地形影响；在海上建立风电场意味着对风电场周边景观可视化的影响最 小，也不会产生很大噪声污染；风能不会被树林或建筑物阻挡，因此到达风力发电机叶片的 风能可W达到最大，进而使风力发电机运行在较好的工作状态；大容量的海上风力发电机 组的设计、运输、安装是可W实现的，而该些大容量风力发电机组提高了风电场的规模等。 由于该些独特的优势，海上风电场已经成为当前可再生能源的研究热点，同时大型海上风 电场将成为未来风能利用的一个重要方向。汇集升压站选址作为海上风电场建设的一个重 要环节，直接对未来风电场的网络结构、可靠性供电及经济性产生影响。
[0003] 现有技术中，目前国内海上风电场汇集升压站选址存在的主要问题是，一方面，选 址优化的目标函数多根据源点与终点的直线距离求得。由于实际的工程中，海上风电场汇 集升压站和风力发电机组之间并不全是直接相连，即使直接相连的风力发电机组也可能不 是直线连接。所W目前线性规划的目标函数与海上风电场汇集升压站和风力发电机组之间 的实际连接方式相差很多。另一方面，现有的选址方法中，或者规划人员的工作繁多，需要 事先排除很多不可能因素，对于海上环境来说，汇集升压站的可能位置不容易确定；或者风 电场的集电系统中海缆交叉，风力发电机组之间的连接没有一定的规律，给后期集电系统 的优化造成很大的困难。
【发明内容】
[0004] 综上所述，确有必要提供一种简单易行并且可控的海上风电场汇集升压站的选址 方法。
[0005] -种海上风电场汇集升压站的选址方法，包括W下步骤：根据用户给出的风力发 电机组布置图，用线段将各风力发电机组连接分组，并建立每段集电馈线的标记，选择每个 分组中离汇集点最近的风力发电机组作为该组风力发电机组的接入点；根据不同海上风电 场的初始条件，选择所需优化目标，建立目标函数，求得目标函数的最优解，使风电场电气 系统的总投资成本最低，并用海缆连接海上风电场汇集升压站与各组风力发电机组的接入 点；判断自动生成的集电系统布线出现是否出现交叉，若出现交叉，通过手动调整将出现交 叉的直线用折线代替。
[0006] 相对于现有技术，本发明提供的海上风电场汇集升压站的选址方法，针对不同海 上风电场初始条件的不同，提供了多种海上风电场汇集升压站的选址方案，适用于多方案 的设计与优化比选。进一步，通过在确定选址前存在一个人工确定风力发电机组分组的环 节，可增加设计者对集电系统布线的可控性，提高海上风电场选址优化的工程适用性。
【附图说明】
[0007] 图1为本发明提供的海上风电场汇集升压站的选址方法的流程图。
【具体实施方式】
[0008] 下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。
[0009] 请参阅图1，本发明提供的海上风电场汇集升压站的选址方法包括如下步骤： 步骤1，根据人工给出的风力发电机组布置图，用线段将各风力发电机组连接分组，并 建立每段集电馈线的标记，选择每个分组中离汇集点最近的风力发电机组作为该组风力发 电机组的接入点； 步骤2,根据不同海上风电场的初始条件，选择所需优化目标，建立目标函数，求得目标 函数的最优解，使风电场电气系统的总投资成本最低，并用海缆连接海上风电场汇集升压 站与各组风力发电机组的接入点； 步骤3,判断自动生成的集电系统布线出现是否出现交叉，若出现交叉，通过手动调整 将出现交叉的直线用折线代替。
[0010] 在步骤1中，所述风力发电机布置图可采用CAD图纸形式。在将各风力发电机组 连接分组的过程中，所述线路端点坐标与所连风力发电机组坐标相同。
[0011] 风力发电机组布置图可W CAD图纸的形式给出，每组风力发电机组数受海缆载流 量的限制，由人工给出合理的风力发电机组分组方式。分好组后，选择每个分组中离汇集点 最近的风力发电机组作为该组风力发电机组的接入点，从而计算量小，耗时短，符合实际工 程应用。
[0012] 具体的，设风力发电机分组数为前，将所有风力发电机组分组编号为1，2,…F，用 海缆将各组之间的风力发电机组连在一起。对每组风力发电机组中的连接海缆标号，规则 如下；设分组i中有Af台风力发电机组，从该风力发电机组的接入点直接相连的海缆开 始，该组的海缆依次标记为…，巧。海上风电场汇集升压站的位置生成 后，风力发电机组由接入点与海上风电场汇集升压站相连，连接海缆标记为。
[0013] 在步骤2中，具体包括如下步骤： 步骤2. 1，选择所需的优化目标。根据不同海上风电场的风力发电机组布置、海况、海缆 单价等初始条件的不同，所述优化目标可包括高压及中压海缆的总投资成本最小、中压及 高压海缆总长度最小、中压海缆总长度最小、高压海缆总长度最小、线路总损耗最小、海缆 总投资及线路运行期总损耗之和最小等中的一个。
[0014] 具体的，海上风电场电气系统的总投资成本分为海上风电场汇集升压站投资成 本、风力发电机组投资成本、海缆的投资成本H方面。对于不同的海上风电场，只有海缆的 投资成本是随汇集升压站站址及集电系统的连接方式不同而变化的，所W将海缆的投资成 本作为升压站选址的主要标准。
[0015] 其中，海缆的投资成本可分为海缆成本费，损耗费和海域使用费。
[0016] 计算公式为
【主权项】
1. 一种海上风电场汇集升压站的选址方法，包括以下步骤： 根据人工给出的风力发电机组布置图，用线段将各风力发电机组连接分组，并建立每 段集电馈线的标记，选择每个分组中离汇集点最近的风力发电机组作为该组风力发电机组 的接入点； 根据不同海上风电场初始条件的不同，选择所需优化目标，建立目标函数，求得目标函 数的最优解，使风电场电气系统的总投资成本最低，并用海缆连接海上风电场汇集升压站 与各组风力发电机组的接入点； 判断自动生成的集电系统布线出现是否出现交叉，若出现交叉，通过手动调整将出现 交叉的直线用折线代替。
2. 如权利要求1所述的海上风电场汇集升压站的选址方法，其特征在于，在将各风力 发电机组连接分组的过程中，所述线路端点坐标与所连风力发电机组坐标相同。
3. 如权利要求1所述的海上风电场汇集升压站的选址方法，其特征在于，根据每组中 风力发电机组数受海缆载流量的限制，由人工给出风力发电机组的分组方式。
4. 如权利要求1所述的海上风电场汇集升压站的选址方法，其特征在于，所述初始条 件包括风力发电机组布置、海况、海缆单价。
5. 如权利要求3所述的海上风电场汇集升压站的选址方法，其特征在于，所述优化目 标包括高压及中压海缆的总投资成本最小、中压及高压海缆总长度最小、中压海缆总长度 最小、高压海缆总长度最小、线路总损耗最小、海缆总投资及线路运行期总损耗之和最小中 的一个。
6. 如权利要求1所述的海上风电场汇集升压站的选址方法，其特征在于，设风力发电 机组分组数为况，将所有风力发电机组分组编号为I, ,并用海缆将各组之间的风力 发电机组连在一起，对每组风力发电机组中的连接海缆标号，规则如下：设分组f中有Af 台风力发电机组，从该风力发电机组的接入点直接相连的海缆开始，该组的海缆依次标记 为L〇,lJ, ...，UH)。
7. 如权利要求1所述的海上风电场汇集升压站的选址方法，其特征在于，海上风电场 电气系统的总投资成本包括海上风电场汇集升压站投资成本、风力发电机组投资成本、海 缆的投资成本三方面，并将海缆的投资成本作为升压站选址的主要标准。
8. 如权利要求7所述的海上风电场汇集升压站的选址方法，其特征在于，海缆的投资 成本包括海缆成本费,损耗费和海域使用费,计算公式为：
其中，^为海缆的总段数，为每段海缆的成本费，为海缆的损耗费，为 海缆的海域使用费。
9. 如权利要求8所述的海上风电场汇集升压站的选址方法，其特征在于，、Cite、 分别通过以下方式计算：
其中，&是每段海缆的截面积，C(Ci)为每段海缆的单价，单价是海缆的截面积的函 数，乓是每段海缆的长度值；
其中必为海缆的附加损耗系数，为上网电价，J为海缆上流过的电流值，β为电 缆参数，i：为电缆长度，T为年等效损耗时间，Γ为利率，JV为运行期年数；
其中^为每平米的海域使用费，rf为每根海缆的带状征地宽度。
10.如权利要求1所述的海上风电场汇集升压站的选址方法，其特征在于，若自动生成 的集电系统布线出现交叉，通过手动调整将出现交叉的直线用折线代替，并重新计算总投 资成本，海上风电场汇集升压站的选址不再改变。
【专利摘要】本发明涉及一种海上风电场汇集升压站的选址方法，包括以下步骤：根据用户给出的风力发电机组布置图，用线段将各风力发电机组连接分组，并建立每段集电馈线的标记，选择每个分组中离汇集点最近的风力发电机组作为该组风力发电机组的接入点；根据不同海上风电场的初始条件，选择所需优化目标，建立目标函数，求得目标函数的最优解，使风电场电气系统的总投资成本最低，并用海缆连接海上风电场汇集升压站与各组风力发电机组的接入点；判断自动生成的集电系统布线出现是否出现交叉，若出现交叉，通过手动调整将出现交叉的直线用折线代替。
【IPC分类】G06Q10-04, G06Q50-06
【公开号】CN104537427
【申请号】CN201410701402
【发明人】鲁宗相, 杨文斌, 程丽娟, 杨建军, 乔颖, 孙长江, 施朝晖
【申请人】清华大学, 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月28日